FR3045679A1 - WEAVING MACHINE WITH MOLYBDEN ELEMENT - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un métier à tisser (100) comportant au moins un élément (121 ; 113) en molybdène destiné à entrer en contact avec des fils (201 ; 202) à tisser.A loom (100) having at least one molybdenum member (121; 113) for contacting yarns (201; 202) to be woven.
Description
Arrière-plan de l'inventionBackground of the invention
La présente invention concerne notamment un métier à tisser ainsi qu'un procédé de fabrication d'une structure fibreuse tissée mettant en oeuvre un tel métier à tisser.The present invention relates in particular to a loom and a method of manufacturing a woven fibrous structure using such a loom.
Afin de former une pièce en matériau composite, une structure tissée, destinée à former le renfort fibreux de la pièce, peut tout d'abord être obtenue par tissage d'une pluralité de fils à l'aide d'un métier à tisser. Une phase de matrice en carbure de silicium peut ensuite être formée par densification par voie gazeuse (« Chemical Vapor Infiltration », « CVI ») dans la porosité de la structure tissée obtenue au préalable. La phase de matrice ainsi formée peut présenter une microporosité résiduelle et ne pas être parfaitement homogène (présence d'excroissances de carbure de silicium). Cette densification sous-optimale peut conduire à une diminution des propriétés mécaniques de la pièce en matériau composite obtenue.In order to form a piece of composite material, a woven structure, intended to form the fibrous reinforcement of the piece, can firstly be obtained by weaving a plurality of son with a loom. A silicon carbide matrix phase can then be formed by gas vapor densification ("Chemical Vapor Infiltration", "CVI") in the porosity of the previously obtained woven structure. The matrix phase thus formed may have a residual microporosity and not be perfectly homogeneous (presence of growths of silicon carbide). This suboptimal densification can lead to a decrease in the mechanical properties of the piece of composite material obtained.
Il existe donc un besoin pour proposer une nouvelle solution permettant d'améliorer la qualité de la phase de matrice de carbure de silicium formée par densification par voie gazeuse dans le cadre de la formation de pièces en matériau composite comprenant un renfort fibreux.There is therefore a need to propose a new solution for improving the quality of the silicon carbide matrix phase formed by gas densification in the context of the formation of composite material parts comprising a fibrous reinforcement.
Objet et résumé de l'invention A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un métier à tisser comportant au moins un élément en molybdène destiné à entrer en contact avec des fils à tisser.OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the invention proposes, according to a first aspect, a loom comprising at least one molybdenum element intended to come into contact with weaving threads.
Par « élément en molybdène », il faut comprendre un élément constitué de molybdène aux inévitables impuretés près.By "molybdenum element" is meant an element consisting of molybdenum with inevitable impurities.
Les inventeurs ont en effet constaté que le problème de densification sous-optimale qui peut être rencontré dans les procédés de l'art antérieur est lié la présence à la surface des fils après tissage de particules de fer ou de nickel. Le dépôt de ces particules à la surface des fils provient du contact entre les fils et des éléments du métier à tisser, comme les dents du peigne ou les lisses qui comportent du fer et du nickel. Ces particules de fer et de nickel constituent des germes de croissance du carbure de silicium durant la densification par voie gazeuse et conduisent à la formation locale de nodules de carbure de silicium et, par conséquent, à une densification inhomogène. L'utilisation du molybdène pour former un ou plusieurs éléments du métier à tisser destinés à être mis en contact avec les fils à tisser permet de réduire le caractère inhomogène de la phase de matrice en carbure de silicium obtenue par densification par voie gazeuse. En effet, le molybdène est un matériau, dit compatible de la densification par voie gazeuse, dans la mesure où il demeure sensiblement inerte durant l'étape de densification par voie gazeuse et réduit significativement, voire empêche, la formation d'excroissances de carbure de silicium. La phase de matrice formée présente donc avantageusement une meilleure homogénéité et la pièce ainsi obtenue présente de meilleures propriétés mécaniques. Le choix du molybdène est, par ailleurs, d'intérêt dans le contexte de la présente invention la mesure où ce matériau présente une bonne dureté et peut donc subir de nombreux cycles de tissage.The inventors have indeed found that the problem of sub-optimal densification which can be encountered in the processes of the prior art is related to the presence on the surface of the yarns after weaving iron or nickel particles. The deposition of these particles on the surface of the son comes from the contact between the son and elements of the loom, such as the comb teeth or smooth which include iron and nickel. These iron and nickel particles constitute seeds of growth of the silicon carbide during gas densification and lead to the local formation of silicon carbide nodules and, consequently, inhomogeneous densification. The use of molybdenum to form one or more elements of the loom to be contacted with the weaving son reduces the inhomogeneity of the silicon carbide matrix phase obtained by densification gaseous. Indeed, molybdenum is a material, said compatible gas densification, insofar as it remains substantially inert during the gas densification step and significantly reduces or even prevents the formation of carbide excrescences. silicon. The formed matrix phase thus advantageously has a better homogeneity and the part thus obtained has better mechanical properties. The choice of molybdenum is, moreover, of interest in the context of the present invention the extent to which this material has a good hardness and can therefore undergo many weaving cycles.
Les inventeurs ont réalisé plusieurs essais afin de déterminer que le problème de densification sous-optimale était lié à la nature du matériau formant les éléments du métier à tisser. Les fils non ensimés provenant directement du fournisseur ont, dans le cadre d'un premier essai, été revêtus de carbure de silicium par voie gazeuse. Le contrôle de la qualité du dépôt de carbure de silicium a été effectué par microscopie électronique à balayage (« MEB ») et n'a pas révélé d'anomalie. L'effet du guipage et du déguipage a ensuite été évalué. Dans le cadre d'un deuxième essai, les fils ont été guipés puis revêtus de carbure de silicium par voie gazeuse. Le contrôle de la qualité du dépôt de carbure de silicium par microscopie électronique à balayage n'a pas révélé d'anomalie. Dans le cadre d'un troisième essai, les fils ont été guipés, puis déguipés et ensuite revêtus de carbure de silicium par voie gazeuse. Le contrôle de la qualité du dépôt de carbure de silicium par microscopie électronique à balayage n'a pas révélé d'anomalie. Le quatrième essai s'est attaché à évaluer l'impact du tissage des fils sur la qualité de la phase de matrice de carbure de silicium formée ultérieurement. Les fils ont après tissage été revêtus par du carbure de silicium par voie gazeuse. Le résultat illustré à la figure 1 a été obtenu montrant la présence de nombreuses excroissances de carbure de silicium et donc d'une densification inhomogène lorsque les dents du peigne du métier à tisser utilisé étaient en acier inçx comprenant du fer et du nickel. Suite à ces constatations, les inventeurs ont déduit que le problème de densification sous-optimale était lié à la nature du matériau formant les éléments du métier à tisser destinés à entrer en contact avec les fils lors du tissage.The inventors have performed several tests to determine that the suboptimal densification problem was related to the nature of the material forming the elements of the loom. The unsized yarns coming directly from the supplier were, for the first test, coated with gaseous silicon carbide. The quality control of silicon carbide deposition was performed by scanning electron microscopy ("SEM") and did not reveal any abnormality. The effect of the covering and the disintegration was then evaluated. In a second test, the wires were gimped and then coated with silicon carbide gas. The quality control of silicon carbide deposition by scanning electron microscopy revealed no anomaly. In a third test, the yarns were gimped, then degassed and then coated with gaseous silicon carbide. The quality control of silicon carbide deposition by scanning electron microscopy revealed no anomaly. The fourth attempt was to evaluate the impact of yarn weaving on the quality of the subsequently formed silicon carbide matrix phase. After weaving, the yarns were coated with gaseous silicon carbide. The result illustrated in FIG. 1 was obtained showing the presence of numerous protuberances of silicon carbide and therefore inhomogeneous densification when the comb teeth of the loom used were made of steel comprising iron and nickel. Following these findings, the inventors deduced that the problem of suboptimal densification was related to the nature of the material forming the elements of the loom intended to come into contact with the son during weaving.
Dans un exemple de réalisation, les dents du peigne du métier à tisser peuvent être en molybdène. En variante ou en combinaison, une ou plusieurs lisses du métier à tisser peut être en molybdène. Les dents du peigne peuvent être en molybdène et au moins une lisse peut être en un matériau différent du molybdène. En variante, au moins une lisse peut être en molybdène et les dents du peigne peuvent être en un matériau différent du molybdène. En variante encore, les dents du peigne et au moins une lisse peuvent être en molybdène.In an exemplary embodiment, the teeth of the comb of the loom may be molybdenum. Alternatively or in combination, one or more smooth of the loom may be molybdenum. The teeth of the comb may be molybdenum and at least one smooth may be a material different from molybdenum. Alternatively, at least one smooth may be molybdenum and the comb teeth may be of a different material molybdenum. In another variant, the teeth of the comb and at least one smooth may be molybdenum.
Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une structure fibreuse tissée comportant au moins une étape de tissage d'une pluralité de fils à l'aide du métier à tisser tel que décrit plus haut.According to a second aspect, the subject of the invention is a method of manufacturing a woven fibrous structure comprising at least one step of weaving a plurality of threads using the loom as described above.
Les fils peuvent être en matériau céramique ou en carbone. Les fils céramiques peuvent, par exemple, être en carbure de silicium (SiC) ou formés essentiellement de SiC, incluant des fils en matériau de type Si-C-0 ou Si-C-O-N, c'est-à-dire contenant aussi de l'oxygène et éventuellement de l'azote.The threads may be of ceramic material or carbon. The ceramic wires may, for example, be of silicon carbide (SiC) or formed essentially of SiC, including wires of Si-C-0 or Si-CON type material, that is to say also containing oxygen and optionally nitrogen.
Dans un exemple de réalisation, les fils peuvent être revêtus d'un revêtement d'interphase.In an exemplary embodiment, the wires may be coated with an interphase coating.
Le tissage de fils revêtus par un revêtement d'interphase par le métier à tisser selon l'invention est particulièrement avantageux puisque les fils ainsi revêtus présentent une surface relativement rugueuse accrochant plus de particules que dans le cas de fils sans revêtement. Ainsi, lorsque des fils revêtus d'une interphase sont tissés, ces derniers vont présenter à leur surface, après tissage, une quantité significative de particules suite au frottement avec les éléments du métier à tisser. Ces particules conduisent, comme expliqué plus haut, à une densification inhomogène si elles ne sont pas en un matériau compatible de la densification par voie gazeuse. L'invention permet donc avantageusement de réduire significativement le problème de densification inhomogène qui se pose lorsque des fils revêtus d'une interphase sont tissés, d'autant que de tels fils revêtus ne peuvent subir un traitement acide de décapage après tissage.The weaving of interphase-coated yarns by the loom according to the invention is particularly advantageous since the yarns thus coated have a relatively rough surface which catches more particles than in the case of uncoated yarns. Thus, when interphase coated yarns are woven, the latter will have on their surface, after weaving, a significant amount of particles following friction with the elements of the loom. These particles lead, as explained above, to an inhomogeneous densification if they are not in a compatible material of gas densification. The invention therefore advantageously makes it possible to significantly reduce the problem of inhomogeneous densification which arises when interphase-coated wires are woven, especially since such coated wires can not undergo acid pickling treatment after weaving.
En variante, les fils peuvent être dépourvus d'un revêtement d'interphase.Alternatively, the wires may be free of an interphase coating.
Selon un troisième aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comportant au moins les étapes suivantes : a. fabrication de la structure tissée par mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit plus haut, et b. formation d'une phase de matrice en carbure de silicium dans la porosité de la structure tissée par densification par voie gazeuse afin d'obtenir la pièce en matériau composite.According to a third aspect, the subject of the invention is a method for manufacturing a composite material part comprising at least the following steps: a. manufacturing the woven structure using a method as described above, and b. forming a silicon carbide matrix phase in the porosity of the gaseous densification woven structure to obtain the composite material part.
La structure tissée est destinée à former le renfort fibreux de la pièce en matériau composite.The woven structure is intended to form the fibrous reinforcement of the piece of composite material.
Selon un quatrième aspect, l'invention a pour objet une structure fibreuse comportant une pluralité de fils tissés, lesdits fils présentant des particules de molybdène à leur surface et étant dépourvus de particules de fer ou de nickel à leur surface.According to a fourth aspect, the invention relates to a fibrous structure comprising a plurality of woven son, said son having molybdenum particles on their surface and being free of iron particles or nickel on their surface.
Cette structure tissée correspond à la structure qui peut être obtenue après tissage de fils par le métier à tisser décrit plus haut. Cette structure tissée peut être destinée à être densifiée par voie gazeuse par une phase de matrice de carbure de silicium.This woven structure corresponds to the structure that can be obtained after weaving son by the loom described above. This woven structure may be intended to be densified gaseously by a silicon carbide matrix phase.
Les fils de la structure tissée peuvent être en matériau céramique ou en carbone.The yarns of the woven structure may be of ceramic material or carbon.
Brève description des dessins L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une photographie obtenue par microscopie à balayage électronique de fils tissés par un métier à tisser hors invention après densification par voie gazeuse, - la figure 2 est une vue schématique en perspective d’un métier à tisser selon l'invention, et - la figure 3 est une photographie obtenue par microscopie à balayage électronique de fils tissés par un métier à tisser selon l'invention après densification par voie gazeuse.Brief description of the drawings The invention will be better understood on reading the description given below, by way of indication but not limitation. Reference is made to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a photograph obtained by scanning electron microscopy of yarns woven by a loom outside the invention after densification by gaseous means; FIG. 2 is a diagrammatic perspective view of FIG. a loom according to the invention, and - Figure 3 is a photograph obtained by scanning electron microscopy son woven by a loom according to the invention after densification by gas.
Description détaillée de modes de réalisationDetailed description of embodiments
La figure 2 représente un métier à tisser 100 selon l'invention. Le métier à tisser 100 est un métier à tisser de type Jacquard utilisé notamment pour réaliser des textures fibreuses ou tissus par tissage multicouches entre des couches de fils de chaîne et des couches de fils de trame. Le métier à tisser 100 est équipé d'une mécanique Jacquard 101 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 2. Le métier 100 comprend également un harnais 110 constitué d'une planche d'empoutage 111 et des fils de commande ou lisses 113, chaque lisse 113 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 102 de la mécanique Jacquard 101 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 105 fixés au bâti 103 du métier à tisser 100. Chaque lisse 113 comprend un œillet 114 traversé par un fil de chaîne 201. Les lisses 113 et leur œillet 114 associé s'étendent dans une zone D dans laquelle les lisses 113 et les œillets 114 sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement vertical représenté par la double flèche F. Les lisses 113 sont soumises à des efforts de traction respectivement exercés par les crochets de commande 102 et par les ressorts de rappel 105. Les lisses 113 permettent de soulever certains fils de chaîne 201 et de créer ainsi une foule 104 permettant l'introduction de fils de trame 202. Les lisses 113 sont réparties spatialement dans la zone D en fonction de la position des trous 1110 de la planche d'empoutage 111, c'est-à-dire suivant une pluralité de colonnes 1111 de trous 1110 et de lignes 1112 de trous 1110. Par souci de simplification et de clarté de la figure 2, seules deux colonnes de lisses 113 et de fils de chaîne 201 associés sont ici représentées en dessous du harnais 110. Les fils de chaîne issus des colonnes de lisses sont rabattus et organisés par le peigne 120 suivant le nombre de colonnes et de couches de fils de chaîne défini pour le tissu.Figure 2 shows a loom 100 according to the invention. The loom 100 is a Jacquard loom used in particular for producing fibrous textures or fabrics by multilayer weaving between layers of warp and weft son layers. The loom 100 is equipped with a Jacquard mechanism 101 supported by a superstructure not shown in FIG. 2. The loom 100 also comprises a harness 110 consisting of a horseshoeing board 111 and control or plain wires 113, each stringer 113 being connected at one end to a control hook 102 of the Jacquard mechanism 101 and at the other end to one of the return springs 105 attached to the frame 103 of the loom 100. Each stringer 113 comprises an eyelet 114 crossed by a warp yarn 201. The heddles 113 and their associated eyelet 114 extend in a zone D in which the heddles 113 and the eyelets 114 are driven by a substantially vertical oscillation movement represented by the double arrow F. smooth 113 are subjected to tensile stresses respectively exerted by the control hooks 102 and by the return springs 105. The smooth 113 can lift some warp son 201 t thus to create a crowd 104 allowing the introduction of weft yarns 202. The heddles 113 are spatially distributed in the zone D as a function of the position of the holes 1110 of the plank 111, that is to say along a plurality of columns 1111 of holes 1110 and lines 1112 of holes 1110. For the sake of simplicity and clarity of Figure 2, only two columns of smooth 113 and son 201 chain associated here are shown below the harness 110 The warp threads from the heald columns are folded and organized by the comb 120 according to the number of columns and layers of warp threads defined for the fabric.
Le métier à tisser 100 selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément en molybdène destiné à entrer en contact avec les fils 201 et 202 à tisser lors du tissage. La teneur massique en molybdène dans ledit élément est de sensiblement 100%.The loom 100 according to the invention is characterized in that it comprises at least one molybdenum element intended to come into contact with the son 201 and 202 to be woven during weaving. The mass content of molybdenum in said element is substantially 100%.
Les lisses 113 et/ou les dents 121 du peigne 120 du métier à tisser 100 peuvent être en molybdène. Le peigne 120 peut être monolithique et formé de molybdène. Avantageusement, chaque élément du métier à tisser 100 destiné à entrer en contact avec les fils lors du tissage est dépourvu de fer ou de nickel.The heddles 113 and / or the teeth 121 of the comb 120 of the loom 100 may be made of molybdenum. The comb 120 may be monolithic and formed of molybdenum. Advantageously, each element of the loom 100 intended to come into contact with the threads during weaving is devoid of iron or nickel.
Les fils 201 et 202 tissés peuvent être en matériau céramique, ces fils 201 et 202 étant par exemple commercialisés par la société japonaise Nippon Carbon sous la référence « Nicalon » ou « Hi-Nicalon » ou « Hi-Nicalon Type-S », ou par la société japonaise Ube Industries sous la référence « Tyranno-ZMI ». Comme expliqué plus haut, les fils 201 et 202 peuvent ou non être revêtus d'un revêtement d'interphase. Lorsqu'il est présent, le revêtement d'interphase peut être monocouche ou multicouches. Le revêtement d'interphase peut comporter au moins une couche de carbone pyrolytique (PyC), de nitrure de bore (BN) ou de carbone dopé au bore (BC, avec 5% at à 20% en pourcentages atomiques de B, le complément étant C). En variante, les fils 201 et 202 sont dépourvus d'un quelconque revêtement.The yarns 201 and 202 woven may be made of ceramic material, these yarns 201 and 202 being for example marketed by the Japanese company Nippon Carbon under the reference "Nicalon" or "Hi-Nicalon" or "Hi-Nicalon Type-S", or by the Japanese company Ube Industries under the reference "Tyranno-ZMI". As explained above, the son 201 and 202 may or may not be coated with an interphase coating. When present, the interphase coating may be monolayer or multilayer. The interphase coating may comprise at least one layer of pyrolytic carbon (PyC), boron nitride (BN) or boron-doped carbon (BC, with 5% at 20% atomic percent B, the balance being VS). Alternatively, the son 201 and 202 are devoid of any coating.
Une fois la structure fibreuse tissée obtenue par tissage des fils 201 et 202 par le métier à tisser 100, une phase de matrice de carbure de silicium peut être formée, de manière connue en soi, par densification par voie gazeuse dans la porosité de la structure tissée afin d'obtenir la pièce en matériau composite. Avant la densification, la structure fibreuse tissée comporte une pluralité de fils présentant des particules de molybdène à leur surface et lesdits fils peuvent avantageusement être dépourvus de particules de fer ou de nickel à leur surface.Once the woven fibrous structure obtained by weaving the yarns 201 and 202 by the loom 100, a silicon carbide matrix phase can be formed, in a manner known per se, by densification by gaseous means in the porosity of the structure. woven to obtain the piece of composite material. Prior to densification, the woven fibrous structure comprises a plurality of yarns having molybdenum particles on their surface and said yarns may advantageously be free of iron or nickel particles on their surface.
Afin de réaliser la densification, la structure tissée est placée dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la phase gazeuse au sein de la porosité de la structure fibreuse pour y former la phase de matrice par dépôt, au cœur du matériau au contact des fibres, d’un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants. La formation d'une phase de matrice de SiC peut être obtenue avec du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SiC par décomposition du MTS.In order to carry out the densification, the woven structure is placed in an oven in which a reaction gas phase is admitted. The pressure and the temperature prevailing in the furnace and the composition of the gas phase are chosen so as to allow the diffusion of the gas phase within the porosity of the fibrous structure to form the matrix phase by depositing, at the heart of the material in contact with the fibers, of a solid material resulting from a decomposition of a constituent of the gas phase or a reaction between several constituents. Formation of an SiC matrix phase can be achieved with methyltrichlorosilane (MTS) giving SiC by decomposition of MTS.
La figure 3 est une photographie obtenue par microscopie à balayage électronique de fils tissés par le métier à tisser 100 dont les dents du peigne sont en molybdène après densification par voie gazeuse par une phase de matrice de SiC. Beaucoup moins d'excroissances de SiC sont présentes par rapport au résultat illustré à la figure 1 correspondant au cas où les fils sont tissés à l'aide d'un métier à tisser hors invention où les dents du peigne sont en acier inox. La densification illustrée à la figure 3 est de meilleure qualité que celle de la figure 1, aboutissant ainsi à une pièce en matériau composite présentant des propriétés mécaniques améliorées.FIG. 3 is a photograph obtained by electron scanning microscopy of yarns woven by loom 100, the comb teeth of which are made of molybdenum after densification by gaseous means by an SiC matrix phase. Much less SiC growths are present compared to the result illustrated in Figure 1 corresponding to the case where the son are woven using a loom outside the invention where the teeth of the comb are stainless steel. The densification illustrated in FIG. 3 is of better quality than that of FIG. 1, thus resulting in a piece of composite material having improved mechanical properties.
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